NATIONELLT SUPERDATORCENTRUM VID LINKÖPINGS UNIVERSITET NR 16 DEC 2003

Transkript

1 Nytt från NATIONELLT SUPERDATORCENTRUM VID LINKÖPINGS UNIVERSITET NR 16 DEC 2003 NSC:s resurser fortsatt populära Medicinsk bildvetenskap och visualisering utsett till nytt strategiområde inom Linköpings universitet och Landstinget i Östergötland Ansökningstiden till SNAC, Swedish National Allocations Committee for High Performance Computing, för tilldelning av resurser med start från första januari 2004 har just gått ut. Resultatet är mycket glädjande för NSC:s del då mer än 85 procent av ansökningarna söker beräkningstid på NSC:s resurser. Det visar på att akademiska användare av högpresterande datorsystem i Sverige över lag är mycket nöjda med NSC:s service och datorresurser. PCklustret Monolith är en attraktiv resurs som är översökt med en faktor 2,7. Översökningen på SGI 3800 systemet som tidigare var mycket hög har minskat till en faktor 1,6 tack vare att den akademiska andelen av systemet ökat. Ansökningarna kommer från hela Sverige och är även ämnesmässigt väl spridda. Användarnas betyg blir därmed att NSC tillhandahåller generella resurser till breda användargrupper på en verkligt nationell nivå. Ny datorhall Forskning och utveckling inom området för medicinsk bildvetenskap bedrivs i Linköping vid Center for Medical Image Science and Visualization (CMIV) som utgör en underavdelning till NSC. En rad institutioner vid Linköpings universitet är knutna till CMIV. Dessa återfinns inom både den tekniska fakulteten (LiTH) och Hälsouniversitetet (HU). Även landstinget är en aktiv deltagare, som ser möjligheterna att utveckla effektiva verktyg för att hantera de stora datamängder som är resultatet vid moderna bildgenererande undersökningar med exempelvis datortomografi och magnetkamera. Fortsättning på sidan 2 Med början vecka 48 tar NSC en ny datorhall i drift som bl.a är utrustad med avbrottsfri strömförsörjning. Efterhand kommer alla produktionsresurser att flyttas in i den nya datorhallen. 1

2 NSC passerar en magisk gräns Den november hölls den årliga superdatorkonferensen (SC2003) i Phoenix, Arizona 1). Temat för årets konferens var Igniting Innovation och en vandring genom den välfyllda utställningshallen visade att det händer mycket på många områden. Man kunde se att olika former av PC-kluster verkligen har kommit fram som kompletta produkter och att nya komponenter dyker upp på marknaden. Traditionen bjuder att den nya top500-listan ( presenteras och vi kan konstatera att Monolith nu innehar #103 på listan och Matts Karlsson Föreståndare NSC att det idag finns fem datorsystem i landet på listan. I sammanhanget kan man konstatera att Monolith idag har en topprestanda (Linpack) på 1132 GFlop/s och därmed är det första systemet i landet att passera 1TFlop/s. Nästa Supercomputing-konferens kommer att hållas i Pittsburg i nov ). Konferensens namn har utökats till: High Performance Computing, Networking and Storage och inför SC2004 finns bland mycket annat utmaningen StorCloud som avser att erbjuda deltagarna 1 PByte lagringsutrymme till konferensdeltagarna. Keynote-talare var professor Donna Cox (School of Art and Design at the University of Illinois at Urbana- Champaign & NCSA), som pratade om Beyond Computing: The Search for Creativity och pekade på den starka (och nödvändiga) kopplingen mellan beräkning, lagring och visualisering. Härintill finns en artikel om CMIV, centrum för medicinsk bildvetenskap och visualisering, som är ett samarbete mellan Linköpings universitet och Landstinget i Östergötland i syfte att just skapa en mötesplats för kreativitet. Trevlig läsning! 1) 2) Nytt strategiområde (fortsättning från sidan 1) Linköpings universitet har tillsammans med Landstinget tidigare haft ett antal forskningsområden som betecknats som strategiskt viktiga. Valet av områden har nu omprövats och en extern grupp av granskare har bedömt 24 ansökningar som inkommit från olika forskargrupper. Ansökan rörande medicinsk bildvetenskap och visualisering utarbetades i samarbete mellan CMIV och ett antal andra forskargrupper inom Linköpings universitet. Huvudsökande för strategiansökan var Örjan Smedby, professor i radiologi vid Institutionen för Medicin och Vård. Gruppen av externa granskare var enig om att denna ansökan var den mest intressanta. Totalt har nu fem strategiområden valts ut, varav medicinsk bildvetenskap och visualisering kommer att utgöra ett. Satsningen innebär att det från 1:a juli 2004 omfördelas upp till 30 miljoner kronor per år av befintliga forskningsmedel till de fem nya strategiområdena på Hälsouniversitetet. Hur denna fördelning kommer att göras är dock ännu inte klart. Forskarskola I dagsläget är 12 doktorander anslutna till CMIV. Dessa doktorander kommer från både teknisk och medicinsk fakultet. Doktorander med teknisk bakgrund är för närvarande i majoritet och CMIV vill gärna uppmuntra studenter med medicinsk och annan bakgrund att påbörja en forskarutbildning. Just nu pågår arbete med att utarbeta programmet för en forskarskola. Denna skall spegla den tvärvetenskapliga forskningsmiljön inom CMIV. Ett typiskt doktorandprojekt har sitt djup inom minst ett av områdena i den s.k. undersökningsskedjan (se bild nästa sida) och beröringspunkter med övriga. CMIV kommer att utarbeta ett kurspaket med rekommenderade kurser. Under vårterminen kommer t.ex. en kurs i bildgenererande tekniker att ges. Förstärkt handledning och tillgång till ett stort kompetensnätverk kommer att vara en av fördelarna med CMIV:s forskarskola. CMIV kommer regelbundet att ordna seminarier och andra möten för att diskutera pågående projekt och öppna möjligheter för nya forskningssamarbeten. Den 13 oktober anordnades t.ex. ett seminarium för doktorander och handledare vid CMIV. Dagen inleddes med en presentation av CMIV och en introduktion till forskningen. Den största delen av dagen ägnades åt doktorander med presentation och diskussion av doktorandprojekt. 2

3 Figur 1 CMIV bedriver forskning inom alla delar av undersökningskedjan Figur 2 fmri-bild som visar aktiveringen i hjärnans motorarea Forskningsprojekt Forskningen inom CMIV spänner över flera olika områden i undersökningskedjan (se figuren ovan). För närvarande är många av forskningsprojekten relativt tekniskt inriktade, men tanken är att det ska vara en jämn fördelning mellan medicin och teknik i de projekt som bedrivs. Några exempel på forskningsprojekt som för närvarande bedrivs inom CMIV är: Insamling och analys av fmri-data. En magnetkamera kan användas för att studera de skillnader i syrehalt som uppstår i hjärnan vid en viss funktion. Exempelvis ändras MR-signalen i hjärnans motorcentrum då man rör ett finger. Detta kallas functional magnetic resonance imaging (fmri). Att utveckla nya metoder för att detektera de små skillnader som finns i bildintensitet är ett aktivt forskningsområde inom CMIV. Forskning pågår även på hur fmri-bilderna ska samlas in i tre dimensioner och på vilka uppgifter som patienterna ska utföra då de ligger i magnetkameran. Hantering av stora datamängder. Hur ska data lagras och överföras till de granskningsstationer som läkarna använder? Genom att analysera hur arbetet sker, kan det vara möjligt att automatiskt styra vilka data som ska överföras och i vilken ordning detta ska ske. Segmentering. Att automatiskt kunna urskilja olika vävnadstyper i en bild är en förutsättning för många mätningar och analyser. Då bilddata numera består av tusentals 2D-bilder är det inte längre möjligt att manuellt rita in konturer på varje enskild bild. Studier av blodflöde och rörelse i hjärta och kärl. Flöde och rörelse i hjärtat sker i tre dimensioner, men tidigare metoder har endast tillåtit att man studerar dessa förlopp i enstaka 2D-snitt. Med både MR och ultraljud finns nu möjligheten att beskriva dessa på ett betydligt bättre sätt. Att hitta lämpliga parametrar som beskriver dessa är ett stort forskningsområde inom CMIV. Volymsrendrering i klinisk tillämpning. Att verkligen kunna utnyttja de nya teknikerna med avancerad insamling och visualisering i den kliniska verkligheten är en viktig del i CMIV:s verksamhet. Det räcker inte med att bilderna kan ses på några få avancerade arbetsstationer på röntgenavdelningen. Informationen måste också ut till de kliniker som verkligen har nytta av den. Här återstår en hel del arbete innan detta blir verklighet. Haptisk återkoppling i medicinska Figur 3 Blodflödet i kroppspulsådern avbildat med ny MR-teknik applikationer. I de allra flesta fall används bara synsinnet för att studera de volymsdata som samlats in. Genom att tillföra även känseln är det kanske möjligt att förmedla ytterligare information Figur 4 Haptikutrustning till användaren. Forskning pågår på hur man ska generera de överföringsfunktioner som bestämmer hur det ska kännas utifrån insamlade bilddata. Utrustning Som beskrevs i Nytt från NSC nr 14 har CMIV tillgång till en datortomograf av senaste modell. Denna är nu i drift och kan användas till att samla in 3

4 bilddata med mycket hög spatiell upplösning. Bilder motsvarande den som finns på framsidan av detta nyhetsblad kan sedan genereras med hjälp av de arbetsstationer med hårdvarustödd volymsrendrering som CMIV har till förfogande via ett forskningssamarbete med Siemens Medical. För utveckling av egna visualiseringsapplikationer används den SGI Onyx2 som tidigare stod placerad i NSC:s lokaler. För att kunna göra beräkningar på riktiga patientdata, är det mycket viktigt att dessa data inte kan läcka utanför sjukhusets nätverk. Beräkningarna görs till stor del på en Sun SunFire 6800 med 12 processorer och 24 GB minne som CMIV förfogar över. Denna är partitionerad i två domäner och kan på så sätt finnas tillgänglig både på universitetets nät och på sjukhusets. Röntgenveckan Vid det årliga nationella mötet för röntgenläkare, röntgensköterskor och fysiker ( Röntgenveckan ) som i år hölls i Norrköping hade CMIV ett eget utställningsrum angränsande till de stora leverantörernas utställningsyta. Tanken var att visa upp det senaste inom medicinsk bildvetenskap och visualisering. Under veckan besökte ca 400 personer CMIV:s rum och fick se allt från hur bearbetningen av funktionella MR-bilder görs, till 3D-visualisering med stereoprojektion. Att testa haptikstationerna var ett mycket uppskattat inslag. I rummet fanns även en prototyp till en 3D-bildskärm bestående av en stack av 20 LCD-skärmar på vilka volymsdata projicerades för att på så sätt uppnå en äkta djupeffekt utan att använda någon typ av 3D-glasögon. För extra intresserade besökare erbjöds Figur 6 Petter Quick, röntgensjukskötare, vid manöverkonsolen till datortomografen på CMIV Figur 5 Besökare i CMIV:s utställningslokal under Röntgenveckan i Norrköping även en visning av VR-teatern vid NVIS (Norrköping Visualization and Interaction Studio). Under veckan höll CMIV en rad seminarier om pågående forskningsprojekt. Nya lokaler på gång Sedan våren 2003 återfinns CMIV i egna lokaler i huvudblocket på universitetssjukhuset. Denna första företapp inrymmer dock endast datortomografen samt ett manöverrum med ett antal arbetsplatser. Nu pågår förberedelserna för byggandet av nästa etapp, vilken kommer att bidra till att CMIV totalt kommer att ha en yta på 590 m 2. Upphandlingen är avslutad och under december månad börjar byggandet. I denna etapp kommer ett antal expeditioner, datorhall, samt utrymme för magnetkamera, ultraljud, mm att tillkomma. Även en föreläsningssal med möjlighet till 3D-projektion kommer att inrymmas. Bygget kommer att vara helt färdigt i augusti, men redan under april månad ska lokalerna för bl.a. magnetkameran stå färdiga. Läs mer om CMIV på vår hemsida: 4

5 4th Annual Workshop on Linux Clusters for Super Computing Vad hände julen 1999 i Frankrike? Vilka nyheter kommer i nästa version av Linux-kärnan? Varför finns det en barack på sydpolen fylld med ett dussin varmvattenaggregat från biltvättanläggningar? Det var stor spännvidd på frågorna som ställdes och besvarades vid den fjärde upplagan av LCSC-workshopen, Linux Clusters for Super Computing, som anordnades av NSC oktober. Arrangemanget lockade runt 150 deltagare från universitet och näringsliv. Redan kvällen före själva workshopen värmde Jes Sorensen, Linux-utvecklare från Wild Open Source, upp genom att hålla en offentlig föreläsning om vad som kommer i version 2.6 av Linux-kärnan. De mest intressanta nyheterna ur Jes Sorensen, Wild Open Source prestandasynvinkel är en ny O(1)-skedulerare, samt förbättringar i hanteringen av virtuellt minne och block-i/o. Föreläsningen - som var ett samarbete mellan NSC och datorföreningen Lysator - var välbesökt och uppskattad. Jes återkom under workshopen med ytterligare en initierad och uppskattad föreläsning om NUMA-stödet i Linux. En av grundteserna när det gäller att bygga Linux-kluster är att man får mer prestanda för pengarna genom att använda standard-pc-hårdvara istället för specialbyggd superdator-hårdvara. Därför var det intressant att se ett par presentationer om hur man genom att emellanåt bryta mot den tesen kan få ut ännu mer prestanda för pengarna. William J. Camp berättade i sitt föredrag William J. Camp, Sandia National Labs "How much commodity is enough?" om hur Sandia National Labs tillsammans med Cray konstruerar sitt nästa stora datorsystem, Red Storm. Red Storm kommer att innehålla Opteron-processorer och i stort sett vara byggd av standardhårdvara, förutom vissa kritiska komponenter. Framför allt kommer maskinens interna nätverk att vara byggt kring en specialdesignad krets kallad SEASTAR. Maskinen kommer att få en prestanda på ungefär 30 teraflops (mätt som Linpackprestanda), vilket motsvarar 30 gånger Monoliths kapacitet. En annan presentation om hur man kan utnyttja specialhårdvara gavs av Attila Bérces från Astra Zeneca R&D, som visade hur proteiners 3D-struktur kan förutsägas från motsvarande gensekvens med hjälp av specialbyggda beräkningsenheter kopplade till en ordinär dator. För den här klassens problem kan dylik hybridhårdvara ge en storleksordning bättre kostnadseffektivitet än om man enbart skulle utnyttja standardhårdvara. Nils Gustavsson från SMHI berättade om arbetet med att vidareutveckla prognosmodellerna. Den förfining som står på tur att genomföras är att införa en tidsdimension i anpassningen av observationsdata, så att dataassimileringen blir fyrdimensionell. En av metoderna för att utvärdera den förbättrade modellen är att använda den för att generera prognoser för vädret i Frankrike runt julen Då inträffade nämligen en svår storm, som de tidigare prognosmodellerna hade svårt att förutse. Det visar sig mycket riktigt att den förbättrade modellen, utifrån samma observationsdata, ger en bättre förutsägelse av stormen. Ett av de mer anslående projekten som presenterades var neutrinoteleskopet AMANDA. Stephan Hundertmark från Stockholms universitet berättade om teleskopet, som är placerat vid den geografiska sydpolen. Det är här värmeaggregaten från biltvättarna kommer in; teleskopet består nämligen av 677 detektormoduler som är begravda i isen, och de kilometerdjupa schakten som de är placerade i åstadkoms genom att smälta sig ner medelst stora mängder varmvatten. Den exceptionellt klara antarktiska isen används som ett medium för att detektera neutrinos som passerat genom jorden. För att simulera och analysera observationsdatat, som genereras i en takt av 50 GB/månad, krävs stora mängder CPU-kraft. Nästa steg i projektet är att bygga ytterligare ett teleskop, IceCube, där 1 kubikkilometer is kommer att fyllas med 5000 detektorer. Uppenbarligen var äventyrligheten i att bygga ett teleskop på sydpolen lockande, för efter sin presentation omgavs Stephan snabbt av studenter som undrade om det fanns lediga platser i projektet. Utöver dessa presentationer gavs en lång rad intressanta föredrag under workshop-dagarna. Många av dem finns tillgängliga för nedladdning på 5

6 Kalendarium The Second International Workshop on Grid and Cooperative Computing 7-10 december 2003, Shanghai, Kina. LCI Workshop Features 32- and 64- bit Computing 8-12 december, 2003, The Linux Cluster Institute's Workshop, Albuquerque, New Mexico, USA. HiPC 2003, 10th International Conference on High Performance Computing december 2003, Hyderabad, Indien. Workshop in Multiscale Methods in Science and Engineering januari 2004, Uppsala Universitet, Uppsala. AxGrids 2004 The 2nd European Across Grids Conference januari 2004, Nicosia, Cypern. NordU2004, the sixth NordU/USENIX Conference 28 januari - 1 februari 2004, Köpenhamn, Danmark. PDP 2004, 12th Euromicro Conference on Parallel, Distributed and Network-based Processing februari 2004, A Coruña, Spanien. SIAM Conference on Parallel Processing and Scientific Computing, PP februari 2004, San Francisco, USA. PerCom 2004, Second IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications mars 2004, Orlando, Florida, USA. Fourth International Workshop on Global and Peer-to-Peer Computing "From Theory to Practice" april 2004, Chicago, USA. CF '04, 2004 ACM International Conference on Computing Frontiers april 2004, Ischia, Italien. CCGrid 2004, 4th International Symposium on Cluster Computing and the Grid april 2004, Chicago, Illinois, USA. IPDPS' 2004, 18th International Parallel and Distributed Processing Symposium april 2004, Santa Fe, New Mexico, USA. Nationellt superdatorcentrum, Linköpings universitet, Linköping Tel: , Fax: , E-post: nsc@nsc.liu.se LTAB Linköpings Tryckeri AB